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第1章土木工程地质 2 1 1 5土的工程地质特征 土是各种岩石矿物颗粒组成的松散集合体 土体是由一定的土体材料组成 具有一定的土体结构 赋存于一定地质环境中的地质体 土在工程上的作用 作为建筑物的地基 作为建筑材料 作为建筑物周围的介质或环境 2 地表岩石破坏搬运沉积 1 土的形成 3 2土的成因类型 残积土坡积土洪积土冲积土湖积土海积土冰积土风积土 4 残积土 岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体 它处于岩石风化壳的上部 其粒度成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制 其发育情况还和地形有关 残积土的工程性质 孔隙度 强度 压缩性 均质性差 但具有一定的结构强度 原位测试强度 室内测试值 5 坡积土 雨水将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗 堆积在较平缓的山坡脚处而形成 坡积土的工程性质 结构疏松 一般具较高的压缩性 坡积形成的黄土湿陷性较大 6 洪积土 由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟出口处堆积而成 7 洪积土的工程性质 分选性较好 离山前较近的洪积土颗粒粗 地下水位埋藏深 具有较高的承载力 压缩性低 是工民建的良好地基 离山较远的地带 洪积土的颗粒细 透水性不好 土质弱 承载力低 作为建筑物地基时应慎重对待 8 冲积土 由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷坡降平缓的地带堆积而成 9 河床相冲积土 在河流上游多是粗大的石块 砾石和粗砂 中下游或平原地区沉积物变细 磨圆度好 厚度很大 古河床相土的压缩性低 强度高 现代河床堆积物的密实度差 透水性强 若作为水工建筑物的地基将引起坝下渗漏 饱水砂土还可能由于振动而引起液化 10 河漫滩相冲积土 是在洪水期河水漫溢河床两侧 携带碎屑物质堆积而成 土粒较细 可以是粉土 粉质粘土或粘土 并夹有淤泥或泥炭等软弱土层 覆盖于河床相冲积土之上 形成上细下粗的 二元结构 11 牛轭湖相冲积土 是在废河道形成的牛轭湖中沉积的松软土 颗粒很细 常含大量有机质 有时形成泥炭 压缩性很高 承载力很低 不宜作为建筑物的天然地基 12 河口 海口 三角洲相冲积土 通常是淤泥质土或典型淤泥 面积宽广而厚度极大 不宜作为建筑物的天然地基 但表层硬壳层 有时可用作低层建筑物的地基 13 湖积土 湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的 近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石 圆砾和砂土 远岸带则是细颗粒的砂土和粘性土 湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成 主要是粘土和淤泥 常夹有细砂 粉砂薄层 土的压缩性高 强度低 沼泽土主要由半腐烂的植物残体 泥炭组成 含水量极高 承载力极低 不宜作天然地基 14 15 海积土 滨海沉积物主要由卵石 圆砾和砂组成 承载力较高 浅海沉积物主要由细粒砂土 粘性土 淤泥和生物化学沉积物组成 有层理构造 较疏松 含水量高 压缩性大而强度低 深海沉积物主要是有机质软泥 16 17 冰积土 由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物 分选性极差 石料占多数 冰水沉积物可有一定成层性 分选性 18 风积土 在干旱的气候条件下 岩石的风化碎屑物被风吹扬 搬运一段距离后 在有利的条件下堆积起来的一类土 最常见的是风成砂和风成黄土 19 20 3 特殊性土的主要工程性质特殊性土是指某些具有特殊物质成分和结构 工程性质也较特殊的土 是在一定的条件下形成的 其分布有明显的区域性特征 21 1 6工程地质勘察 工程地质勘察的目的和任务 查明条件分析问题作出评价选择场地提出建议制定措施预测新问题 22 工程地质条件 与工程建筑物有关的各种地质因素的综合 包括 岩土类型及性质地质结构与构造地形地貌水文地质物理地质现象天然建筑材料 23 24 工程地质勘察阶段的划分 可行性研究勘察阶段初步勘察阶段详细勘察阶段施工勘察阶段 25 勘察方法 搜集资料踏勘物探 可行性研究勘察阶段 主要任务是选定建筑场址 或线路方案 通过勘察对其稳定性和适宜性作出评价 经过技术经济论证选择最优方案 26 初步勘察阶段 勘察方法 钻探试验补充测绘和物探长期观测 主要任务是确定建筑物的具体位置 选择建筑物地基基础方案 对不良地质现象的防治措施进行论证 需详细查明建筑场地工程地质条件 27 详细勘察阶段 勘察方法 勘探试验补充勘探 配合技术设计或施工图设计 按不同建筑物提出详细的工程地质资料和设计所需的岩土技术参数 28 对工程地质条件复杂或有特殊要求的重要工程 还需进行施工勘察 它包括施工地质编录 地基验槽与监测和施工超前预报 以校核已有的勘察成果资料 29 工程地质测绘通过对地质现象的详细观察和描述 并将其反映到一定比例尺的地形图上 据测绘成果可以分析各种地质现象的成因 分布 发展变化规律以及对工程建筑的影响 还可为勘探 试验等其他工作的布置奠定基础 工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘 30 工程地质勘探勘探工作的主要任务是 查明建筑场地地下有关的地质情况 提取岩土样及水样 供室内试验分析之用 利用勘探坑孔进行现场原位试验和布设长期观测点 31 2019 12 28 32 1 物探 以专门仪器探测地质体的物理场来进行地层划分 判定地质构造 水文地质条件及各种物理地质现象的勘探方法 物探分为 电法 磁法 震法 重力法及放射性勘探 但应用最广泛的是电法和震法 33 2 钻探利用钻探机械和工具在岩土层中钻孔的勘探方法 可直接探明地层岩性 地质构造 地下水埋深 含水层类型和厚度 滑坡位置及岩溶情况 还可取岩心 在钻孔中试验 34 1 钻探方法和设备 35 36 37 38 2 钻孔观测 编录与资料整理岩心观察 描述和编录钻孔水文地质观测钻进动态观测 39 40 41 3 坑探是用人工或机械掘进的方式来探明地表浅部的工程地质条件 包括 探坑 探槽 斜井 浅井 竖井 平洞等 坑探工程的编录主要是绘制展示图 42 43 4 工程地质勘探的布置1 勘探孔平面布置的一般原则在地质测绘和物探的基础上布置勘探工作勘探工程的布置与勘察阶段相适应勘探布置因建筑物类型和规模而异勘探布置应考虑地质条件变化大的部位多种勘探方法相互配合 44 2 勘探孔深度确定应根据建筑类型 勘察阶段地质条件复杂程度综合考虑布孔深度 工民建的孔深应达到地基压缩层之下 独立基础基底下1 5倍基础宽度 条形基础基底下3倍基础宽度 或可能的桩基深度之下 45 调查 收集资料 测绘 物探 坑探和钻探 室内外试验 长期观测 工程地质勘察的施工程序 46 工程地质野外试验 优点 可测定难以取样的岩土体的性质 影响范围大 因而更具代表性 可连续进行 因而可得到完整的地层剖面 快速 经济 能大大缩短勘察周期 缺点 难以控制边界条件费工费时 成本高所测参数和岩土工程性质之间关系建立在大量统计的经验关系之上 47 野外试验分为三类 岩土力学性质试验水文地质试验地基处理试验 48 49 1 载荷试验在一定面积的承压板上向地基逐级施加荷载 并观测每级荷载下地基变形特性 从而评定地基的承载力 计算地基的变形模量并预测基础的沉降量 50 2 静力触探试验用静力将一个内部装有阻力传感器的圆锥形探头均匀压入土中 测定土层对探头的贯入阻力 以此来间接判断分析地基土的物理力学性质 51 静力触探成果的应用1 划分土层2 估算土的物理力学指标3 确定浅基础的承载力4 预估单桩承载力5 判定饱和砂土和粉土的液化势 静力触探具有测试连续 快速 效率高 功能多的特点 兼勘探与测试双重作用 适用于粘性土 粉土 砂土 但对碎石类土难以贯入 52 53 3 动力触探试验 圆锥动力触探试验 DPT 标准贯入试验 SPT 其共同点是利用一定的锤击动能 将一定规格的探头打入土中 根据每打入土中一定深度所需的能量来判定土的性质 并对土进行分层 54 标准贯入试验设备主要是由贯入器 贯入探杆和穿心锤三部分组成的 锤重63 5kg 在76cm的自由落距下 通过圆筒型的贯入器 贯入土层15cm 再打入30cm深度 以后30cm的锤击数称为标贯击数 用N来表示 一般写作N 55 56 标准贯入试验成果的应用 1 划分土的类别或土层剖面 2 判断砂土的密实度及地震液化问题 3 判断粘性土的稠度状态及C 值 4 评定土的变形模量E0和压缩模量ES 5 确定地基承载力 57 4 十字板剪切试验 十字板剪切试验是用插入软粘土中的十字板头 以一定的速率旋转 测出土的抵抗力矩 然后换算成土的抗剪强度 58 现场检验与监测 岩土体形状的监测 物理力学特性测试变形观测应力量测环境条件的监测 地下水监测滑坡监测地基基础的监测 天然地基的验槽与监测桩基工程的监测地基加固和处理的监测深基坑支护结构的监测建筑沉降的监测 59 工程地质勘察资料的整理 勘察报告的基本内容 1 委托单位 场地位置 工作简况 勘察的目的 要求和任务 2 勘察方法及各项勘察工作的数量布置及依据 3 场地工程地质条件分析 包括地形地貌 地层岩性 地质构造 水文地质和不良地质现象等内容 对场地稳定性和适宜性作出评价 4 岩土参数的分析与选用 包括各项岩土性质指标的测试成果及其可靠性和适宜性 评价其变异性 提出其标准值 60 5 工程施工和运营期间可能发生的工程地质问题的预测及监控 预防措施的建议 6 根据地质和岩土条件 工程结构特点及场地环境情况 提出地基基础方案 不良地质